habilitation a diriger des recherches procedes de valorisation agro-alimentaire des fruits tropicaux

60 Pages·2009·1.32 MB·French

Université Montpellier II
Sciences et Techniques du Languedoc

HABILITATION A DIRIGER DES RECHERCHES

Ecole Doctorale Science des Procédés - Sciences des Aliments

PROCEDES DE VALORISATION
AGRO-ALIMENTAIRE DES FRUITS TROPICAUX
ET IMPACTS SUR LA QUALITE

par
Fabrice VAILLANT

Chercheur CIRAD-PERSYST
UMR QualiSud

soutenue publiquement le
23 octobre 2009

devant le jury composé de :

Mme Marie-Laure LAMELOISE, PR AgroParisTech (Massy) rapporteur
M. Pascal DHULSTER, PR Univ. Lille 1 rapporteur
M. Jacques FANNI, PR ENSAIA-INPL (Nancy) rapporteur
Mme Marie-Pierre BELLEVILLE, MCF Univ. Montpellier 2 examinateur
Mme Martine DECLOUX, PR AgroParisTech (Massy) examinateur
M. Manuel DORNIER, PR Montpellier SupAgro examinateur
M. Jean-Pierre PAIN, PR Univ. Montpellier 2 examinateur
M. Max REYNES, IR CIRAD (Montpellier) invité
Résumé

Procédés de valorisation agro-alimentaire des fruits tropicaux et impacts sur la qualité

En vue de valoriser les fruits tropicaux par des procédés de transformation qui permettent d’augmenter
la valeur des attributs de qualité des produits, 4 lignes principales de recherche ont été développées :
séparation par microfiltration tangentielle des solides insolubles de jus de fruits, en incluant les
microorganismes ; concentration de jus de fruits par évaporation osmotique ; application de
traitements enzymatiques pour la liquéfaction des jus de fruits ; déshydratation par friture sous-vide et
à pression atmosphérique de morceaux de fruits. Chacune des lignes de recherche comporte un volet
de génie des procédés pour la compréhension et mise au point des procédés et un volet d’analyses
biochimiques pour caractériser l’impact sur la qualité sensorielle, nutritionnelle et fonctionnelle.
L’ensemble de ces procédés ont été étudiés à l’échelle pilote dans une optique de développement
industriel pour les pays tropicaux. Ces travaux compilent les résultats obtenus en traitant localement
les matières premières en collaboration avec différentes institutions de recherche en Amérique Latine.

Mots clés : microfiltration tangentielle, évaporation osmotique, friture, enzymes, qualité.
SOMMAIRE
I. INTRODUCTION..........................................................................................................................................1
II. PRESENTATION PERSONNELLE...........................................................................................................2
II.1. Curriculum vitae....................................................................................................................................2
II.2. Activités professionnelles.......................................................................................................................4
II.2.1. Recherche et encadrement....................................................................................................................4
II.2.2. Transferts de technologies au secteur industriel...................................................................................6
II.2.3. Missions d’expertise.............................................................................................................................7
II.2.4. Activités connexes................................................................................................................................8
III. SYNTHESE DES ACTIVITES DE RECHERCHE.................................................................................9
III.1. Orientations générales.........................................................................................................................9
III.2. Microfiltration tangentielle des jus de fruits....................................................................................12
III.2.1. Contexte et intérêt du sujet.................................................................................................................12
III.2.2. Recherche de stratégies pour augmenter les performances de la MFT..............................................13
III.2.3. Impact de la MFT sur les différents attributs de qualité du produit...................................................21
III.3. Concentration par évaporation osmotique (EO).............................................................................24
III.3.1. Contexte et intérêt du sujet.................................................................................................................24
III.3.2. Performances et ingénierie du procédé..............................................................................................25
III.3.3. Qualité des concentrés........................................................................................................................29
III.4. Traitements enzymatiques.................................................................................................................32
III.4.1. Contexte et intérêt du sujet.................................................................................................................32
III.4.2. Principaux résultats............................................................................................................................32
III.5. Déshydratation par friture................................................................................................................35
III.5.1. Contexte et problématiques................................................................................................................35
III.5.2. Principaux résultats obtenus et perspectives......................................................................................36
III.6. Autres projets de recherche menés...................................................................................................39
III.6.1. Caractérisation des fruits tropicaux....................................................................................................39
III.6.2. Désacidification de jus de fruit par électrodialyse.............................................................................39
III.6.3. Fractionnement des jus de fruits tropicaux par ultrafiltration et nanofiltration..................................40
III.6.4. Impact des procédés de traitement classique sur la qualité................................................................41
IV. CONCLUSION ET PERSPECTIVES.....................................................................................................42
TABLE DES ANNEXES.................................................................................................................................48
Annexe 1 : REFERENCES DES PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS.......................................49
Annexe 2 : ENCADREMENT DE LA RECHERCHE................................................................................55
Annexe 3 : LISTE DES ABBREVIATIONS.................................................................................................57
1

I. INTRODUCTION

Attiré par la perspective d’apporter une contribution au développement des pays du sud, j’ai orienté
ma formation, dès le début de mes études supérieures, vers l’agro-économie tropicale, puis vers la
transformation des produits tropicaux, en obtenant un titre d’ingénieur agro-alimentaire avec cette
spécialité. J’ai commencé alors ma carrière professionnelle au Centre International de Recherche en
Agronomie pour le Développement (CIRAD) en 1992, en m’expatriant en Colombie, d’abord comme
volontaire du service national, puis comme ingénieur de recherche. Basé à l’Université del Valle à Cali
comme enseignant-chercheur visitant, j’ai initié mes travaux de recherche sur la valorisation des fruits
Andins. Concrètement, mon travail consistait à étudier le potentiel technologique de certains fruits, à
développer des produits nouveaux pour ajouter de la valeur et à réaliser des missions d’expertise
auprès de petites et moyennes entreprises de transformation, ceci dans le cadre plus large de la lutte
contre les cultures illicites.
Parallèlement, j’ai fait l’effort d’unir des objectifs académiques avec mes activités professionnelles
et j’ai obtenu en 1996 un DEA à l’Université de Compiègne en bioconversion et génie enzymatique,
puis une thèse de Doctorat à l’ENSIA (actuellement AgroParisTech), spécialité génie des procédés.
Les sujets de recherche tant pour mon DEA que pour ma thèse ont été choisis pour s’intégrer dans mon
programme de travail.
J’ai soutenu ma thèse de Doctorat en 2000, puis en 2001, j’ai été transféré au Costa Rica pour
continuer mes recherches sur la valorisation des fruits tropicaux. Je suis actuellement chercheur
visitant au Centre de recherche en technologie des aliments (CITA) à l’Université du Costa Rica.
Malgré ma mission en expatriation, je me suis toujours attaché à travailler à la fois en coopération
avec les équipes de chercheurs locaux mais aussi avec mes collègues chercheurs de Montpellier. Je
suis ainsi rattaché à l’UMR QualiSud entre le CIRAD, l’Université de Montpellier I, II et Montpellier
SupAgro, sur la valorisation des produits alimentaires tropicaux. Ma mission de recherche s’inscrit au
sein de l’équipe 3 de cette UMR. Elle consiste plus particulièrement à développer, appliquer et valider
sur des fruits tropicaux, des techniques également étudiées sur un plan plus fondamental dans nos
laboratoires de Montpellier. Je représente donc au sein de l’équipe, une interface entre la recherche
plus appliquée en coopération avec les pays du sud et la recherche en milieu plus contrôlé de notre site
de Montpellier.
Dans le but de mieux appréhender le contexte de mon action, je propose tout d’abord une brève
présentation de mon curriculum vitae et de l’ensemble de mes activités professionnelles, puis j’expose
plus en détail un bilan de mes activités de recherche depuis l’an 2000.
2
II. PRESENTATION PERSONNELLE
II.1. CURRICULUM VITAE

VAILLANT Fabrice, né le 30/07/1967 à Poitiers (86). Français. Marié. 1 enfant.
N° INSEE : 1 67 07 86 214 192 / 59
Affectation administrative : Centre International de Recherche en Agronomie pour le Développement
(CIRAD)
Affectation opérationnelle : Université du Costa Rica, Centre de Recherche en Technologie des
Aliments (CITA) : Tél.: [phone] Fax : [phone] Mél.:
[email protected] / [email protected]
Adresse personnelle : Condominio Monterán, 3 km este casa Figueres, CURRIDABAT, San José,
Costa Rica Tél.:[phone]

• Principaux diplômes

1990 Diplôme d’agro-économie tropicale de l’ISTOM (Le Havre)
Spécialisation Post-harvest technologies (Silsoe College, Université de Cambridge)
1992 Ingénieur des Sciences et Technologies des Industries Alimentaires, Ecole Nationale
Supérieure des Industries Agro-Alimentaires (ENSIA, Massy)-Section des industries
Alimentaires Régions Chaudes (SIARC, Montpellier) (Actuellement Montpellier SupAgro)
1996 DEA « Génie enzymatique, bioconversion et microbiologie », de l’institut de technologie de
Compiègne (UTC)
2000 Thèse de Doctorat spécialité Génie des Procédés (Mention très honorable avec félicitations du
jury)
ENSIA Massy - Dépt. Génie Industriel Alimentaire
Sujet: « Clarification et concentration de jus de fruits tropicaux pulpeux associant traitements
enzymatiques, microfiltration tangentielle et évaporation osmotique”
Jury: Pdt. Mr A. DUQUENOY (Pr. ENSIA/GIA) / Rapp. Mme M.A. VIJAYALAKSHMI (Pr.
UTC/GB) et Mr G.M. RIOS (Pr. UMII/ENSCM) / Exam. Mme M. MARIN (Pr. INA/PG), M.
DORNIER (MC ENSIA/SIARC) et invité M. REYNES (Ingénieur de Recherche CIRAD).
3
• Cursus professionnel

du 01/05/92 Enseignant/Chercheur V.S.N. du Ministère de la Coopération pour le CIRAD – Université
au 30/07/93 Del Valle, Cali, Colombie
Dépt : Sciences agro-alimentaires.
Enseignements: technologie alimentaire
Recherche/Développement: Caractérisation de la qualité des fruits tropicaux
01/07/93- Chercheur CIRAD expatrié à l’Université del Valle en Colombie
01/07/2001 Dépt : Sciences agro-alimentaires.
(cid:57) Recherche/Développement: Technologies appropriées de transformation des fruits
tropicaux.
(cid:57) Assistance technique / transfert technologique agroalimentaire auprès de PME,
ONG et projets de développement (Lutte contre cultures illicites)
(cid:57) Missions d’expertise
(cid:57) Enseignements: technologies agro-alimentaires
Depuis Chercheur CIRAD expatrié à l’Université du Costa Rica
2001 Centre de Recherche en Technologie des Aliments (CITA).
(cid:57) Recherche/Développement: Valorisation des fruits tropicaux
(cid:57) Encadrement de la recherche (Doctorats et Masters)
(cid:57) Veille, coordination et participation à projets de recherche nationaux et
internationaux
(cid:57) Transferts technologiques au secteur agro-industriel
(cid:57) Enseignements: Technologies membranaires, Enzymologie
(cid:57) Missions d’expertise
4
II.2. ACTIVITES PROFESSIONNELLES
En tant que chercheur expatrié pour le CIRAD ma lettre de mission couvre différentes activités qui
sont détaillées ci-dessous par ordre d’importance attribué.
II.2.1. Recherche et encadrement
Etant physiquement situé au sein d’un centre de recherche à l’Université du Costa Rica, mes activités
de recherche, encadrement et coordination de projet représente plus de 70% de mon temps. J’ai aussi
vocation à exercer une activité de recherche à l’échelle régionale, et dans ce cadre, j’ai donc tissé des
collaborations sur les trois sous-continents Américains (Mexique, Amérique centrale et Amérique du
Sud) en plus des collaborations avec des institutions montpelliéraines (Institut Européen des
Membranes, Montpellier SupAgro et l’Université Montpellier 1 et 2). Le chronogramme des
principales collaborations institutionnelles menées au cours de mes travaux de recherche est présenté
dans le tableau 1. Toutes mes activités de recherche concernent la valorisation des fruits tropicaux.
Elles peuvent être classées en fonction des technologies mises en œuvre : microfiltration tangentielle
(MFT), évaporation osmotique (EO), déshydratation par friture (DF), et caractérisation des parois
cellulaires/ traitement enzymatique (ENZ).

Tableau 1 : Chronogramme des principales collaborations institutionnelles
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Collaboration Montpellier
IEM-UM2 MFT
(Montpellier)
Montpellier SupAgro EO
DF
MFT
Collaborations internationales
Costa Rica CITA1 EO
DF
MFT
ENZ
EARTH2 ENZ
MFT
Equateur EPN3 M FT
DF
INIAP4 MF T
ENZ
Colombie UNIValle5 DF
EO

MFT
Nicaragua UNAN Léon6 ENZ
MFT
Honduras Univ .Zamorano DF
Mexique Univ. Vera Cruz
DF

INIFAP 7 ENZ
Brésil EMBRAPA8
MFT

Sénégal Université Cheikh Anta Diop EO EN Z
1 Centre de Recherche en Technologie des Aliments (Université du Costa Rica), 2 Ecole d’Agronomie de la Région Tropicale Humide, 3
Ecole polytechnique Nationale (Quito), 4 Institut National de Recherche Agronomique, 5Université del Valle (Cali), 6 Université
Autonome National de Léon, 7Institut National de Recherche Forestière, Agricole et Elevage, 8Institut National Brésilien de Recherche
Agronomique
5
Dans le cadre de ces activités, j’ai co-encadré, une quinzaine de travaux de recherche de
Doctorat et de Master. Ceci étant dans mes attributions, j’ai même pu diriger deux thèses de Doctorat
pour des étudiants inscrits localement. Un bilan du nombre de thèses de Doctorat et Master co-
encadrées est présenté dans le tableau 2. J’ai aussi assuré l’encadrement de stages de fin d’étude
d’ingénieurs d’écoles françaises et latino-américaines (16 au total depuis 2001).

Tableau 2 : Bilan de l’encadrement de la recherche1
Année Thèses soutenues Thèses en cours
Thèses Master Total Thèses Master Total
année soutenance année début
2001
2002 0 1 1
2003 1 3 4
2004 1 2 3
2005 0 2 2
2006 0 2 2 1 0 1
2007 2 0 2 0 1 1
2008 0 0 0 4 4 8
2009 0 1 1 0 0 0
Total 4 11 15 5 5 10

Le bilan de la production scientifique associée à mes travaux est présenté dans le tableau 3 en nombre
de communications.

Tableau 3 : Bilan de la production scientifique2
Articles Communications orales/posters
Année Revues Revues nat. Revues Brevets Total Conf. Conf. Conf. Conf. Total
intern. avec CL sans CL intern. intern. nat. nat.
avec CL avec actes sans acte avec actes sans acte
1998 0 1 1 0 2 0 0 0 0 0
1999 2 1 0 0 3 2 0 0 0 2
2000 1 1 0 0 2 0 0 0 0 0
2001 2 0 0 0 2 0 0 0 2 2
2002 0 1 0 1 2 0 0 0 0 0
2003 3 2 0 0 5 1 0 0 0 1
2004 0 1 0 1 2 0 0 1 4 5
2005 2 0 0 0 2 2 0 0 1 3
2006 1 0 0 0 1 1 0 0 1 2
2007 1 0 0 0 1 3 2 3 2 10
2008 6 0 0 0 6 0 0 2 0 2
2009 1
Total 19 7 1 2 29 9 2 6 10 27
Soumises 3

1 L’intitulé des thèses, la proportion du co-encadrement et le nom des étudiants est indiqué dans l’annexe 2
2 Les références bibliographiques sont données dans l’annexe 1
6
Une part importante de mon travail est également consacrée au montage et à la coordination de projets
de recherche. En moyenne, je participe à la rédaction et au montage d’un à deux projets par an pour
répondre à des appels d’offre nationaux (CONICIT Costa Rica, SENACYT Panama, PROMSA-MAG
Equateur, COLCIENCIAS Colombie) ou internationaux (FONTAGRO, Union Européenne).
En 2005, j’ai rédigé avec l’apport de nombreux partenaires un projet INCO-FP6 de la communauté
Européenne qui a été accepté pour financement (1,7 millions d’Euros). Je suis ainsi devenu
coordinateur général de ce projet intitulé PAVUC (Producing Added-value from under utilised crops)
Contrat UE: FP6-0015279 (http//www.pavuc.soton.ac.uk) qui intègre des équipes de recherches de 8
pays dont 4 européens (Université de Bonn (Allemagne), Université de Gent (Belgique), Université de
Southampton (Angleterre), CIRAD) et 4 d’Amérique Latine (Université du Costa Rica, EMBRAPA
(Brésil), Ecole polytechnique nationale (Equateur), INIFAP (Mexique). Ce projet a commencé en
2005 et sera finalisé fin 2009. En tant que coordinateur, je suis chargé d’assurer la réalisation des
activités des partenaires et je dois réaliser régulièrement des missions de suivi. Je suis également
chargé de la rédaction des rapports scientifiques annuels qui doivent être remis à la communauté
Européenne. Jusqu’à ce jour, malgré quelques difficultés, le projet PAVUC se poursuit selon la
programmation initiale sans retard pour la remise des documents d’avancement (« deliverables »).
Ce projet porte sur la valorisation de 9 fruits tropicaux sous-utilisés, choisis non seulement pour leur
potentiel nutritionnel et fonctionnel dans la pharmacopée locale mais aussi parce qu’ils sont d’une
grande importance économique dans les régions arides, zones tropicales d’altitude et forêts humides
d’Amérique Latine. Le projet comporte 4 lignes principales de recherches (« Workpackages »), l’une
sur la caractérisation des propriétés nutritionnelles et antioxydantes, la deuxième sur l’étude socio-
économique de leurs chaînes de production, la troisième sur la recherche de technologies de
transformation appropriées et enfin sur le marché potentiel en Europe de ces fruits ou leurs dérivés.

II.2.2. Transferts de technologies au secteur industriel

Un des objectifs principaux de ma mission en expatriation est de participer au transfert des innovations
au niveau industriel. Le transfert industriel prend beaucoup de temps, encore plus dans les pays en
voie de développement où les PME ne disposent pas de service « R & D » que nous pourrions utiliser
comme interlocuteur. Malgré de nombreuses limitations, nous avons signé depuis 2001, 3 accords de
transfert technologique avec des entreprises Costariciennes (tableau 4). Ces accords incluent une
clause de confidentialité, mais dans certains cas, les résultats de recherche non sensibles pour
l’entreprise ont pu être publiés. D’ailleurs, souvent pour des raisons de coût des matières premières
utilisées pour les essais de microfiltration par exemple, nous avons préféré effectuer les essais
7
directement au sein des entreprises, car ainsi les produits pouvaient être recyclés. Dans ce cas, ces
associations ont été très fructueuses pour nos recherches puisque nous avons pu réaliser des essais sur
des grands volumes et de très longue durée.

Tableau 4 : Accord de transfert technologique au Costa Rica
Entreprises Technologie Produit
Florida Products ENZ/MFT/UFT Jus clarifié de banane
Caminos del Sol DF Chips d’ananas
Coopeagrimar ENZ/MFT Jus d’ananas de qualité supérieure

II.2.3. Missions d’expertise

En tant que chercheur CIRAD je suis aussi régulièrement sollicité pour effectuer des missions
d’expertise sur la valorisation des fruits tropicaux. J’ai ainsi effectué pour différents organismes
internationaux de nombreuses missions principalement en Amérique Latine (tableau 5).

Tableau 5 : Principales missions d’expertise depuis 2001
Date Durée Pays Organisme Thème de mission
2001-2004 40j/an Equateur BID1 Valorisation des écarts de triage de fruits
d’exportation (mangue, Cherimole, goyave)
2001-2008 10 j/an Amérique CCCAC2 Assistance technique Dept Agro-alimentaire des
centrale Universités Centres Américaines
2002 15 j Rwanda USAID3 Valorisation agro-alimentaire fruits tropicaux
2003-2004 30 j/an Nicaragua UE4 Valorisation agro-alimentaire de l’oignon
2003 10j République FIC5 Potentiel de valorisation des fruits tropicaux en
Dominicaine République Dominicaine
2004 10j Martinique FIC5 Valorisation Pomme Cythère
2007 10j Panama FAO6 Potentiel de valorisation de la biodiversité au
Panama
2005-2008 30 j/an Equateur FONTAGRO Valorisation des écarts de triage de fruits andins
OEA7 d’exportation (uvilla, granadilla, tomate
d’arbre)
1 Banque Interaméricaine de développement, 2 Centre Culturel et de Coopération pour l’Amérique Centrale, 3 United States Agency for International
Développement, 4 Union Européenne, 5 Fond Interministériel Caraïbes, 6 Food and Agriculture Organisation , 7 Organisation des Etats Américains